AULA 9 USO GENOMICA SELECAO DE GADOS

Prévia do material em texto

Serviço Nacional de Aprendizagem Rural
Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
Gilberto Romeiro de Oliveira Menezes
Pesquisador da Embrapa Gado de Corte
Campo Grande - MS
USO DA GENÔMICA NA SELEÇÃO DE GADO DE CORTE
RESUMO
• Introdução 
• Conceitos importantes
• Tecnologias genômicas na seleção de gado de corte
• Perspectivas para a tecnologia genômica
• Considerações finais
INTRODUÇÃO
• Seleção genômica (2000->)
• Seleção assistida por marcadores (1990 ->)
• DEP’s - “Modelo Touro, Modelo Animal” - (1980 ->)
• Índices (desvios de grupos, e.g. provas de ganho de peso, 1930->) 
• Medições (pesos, dimensões, tempos, etc.) (século 19 ->)
• Pedigree (século 18 ->)
• Avaliação visual (desde a domesticação)
E
fic
ác
ia
 Correta identificação dos indivíduos geneticamente superiores
(alvo) 
(Ferraz, 2011)
DESAFIO!!!
Próxima geração ser geneticamente superior à geração atual
INTRODUÇÃO
x
Próxima
Geração 
Geração 
Atual
Avanços da Genômica - últimos anos
2004
2009
2001
Significativa 
redução de $
INTRODUÇÃO
Aplicação no melhoramento genético
Com a genômica, novos e diferentes conceitos surgiram:
INTRODUÇÃO
 Marcadores moleculares;
 Chip de SNP;
 Imputação;
 Etc...
Importante tornar-se familiarizado!!!
Correto e eficaz uso
Em especial, novos 
processos...
CONCEITOS IMPORTANTES
genoma
célula
cromossomos
proteínas
Genes contém 
instruções 
para fazer 
proteínas
Proteínas agem 
sozinhas ou em 
complexos para 
realizar funções 
celulares
Genoma
Toda a informação hereditária de um 
organismo que está codificada em seu
DNA.
Genômica
Ramo da ciência dedicado ao
estudo do genoma
Genoma bovino
30 pares de cromossomos
~ 20.000 – 25.000 genes
2,8 bilhões de pares
G-C
A-T
CONCEITOS IMPORTANTES
Marcadores moleculares
Segmentos do código genético (DNA)
• Com sequência e posição no genoma conhecidas
• Têm pelo menos duas formas (alelos) distintas 
(polimorfismo)
• Ligados a genes funcionais
– Por exemplo:
• Resistência a doenças
• Desempenho em características produtivas e de 
qualidade dos animais (Cardoso, 2013)
CONCEITOS IMPORTANTES
Alguns tipos de marcadores
• RAPD
• AFLP
• Microssatélites
• SNPs
Marcadores moleculares
Placas em uma rodovia
CONCEITOS IMPORTANTES
Marcador 1
Marcador 2
Marcadores do tipo SNP (pronuncia-se snip)
Single-Nucleotide Polymorphism = Polimorfismo de única base 
Estima-se a existência de 3 – 12 
milhões de SNPs no genoma 
bovino
(Van Tassel, 2011)
CONCEITOS IMPORTANTES
Exemplo:
1000 indivíduos
 940 indivíduos: G-C 
 60 indivíduos: A-T 
(94 %)
(6 %)
O ponto focal é descobrir o efeito desta troca (substituição) de bases sobre a variação 
nos fenótipos medidos (efeito do SNP)
SNPs: cobertura de todo o genoma (densidade)
CONCEITOS IMPORTANTES
SNP no Cromossomo 21
Chip de SNPs
Dispositivo (lâmina) que possibilita a leitura (genotipagem) 
simultânea de milhares de marcadores SNPs
CONCEITOS IMPORTANTES
Amostra de 
DNA de um 
indivíduo
CONCEITOS IMPORTANTES
Perfil de SNPs – genotipagem de um indivíduo
1201..........................220
snp1 snp2 snp3 snp4.............snp x
x= 3k, 6k, 50k, 777k...
k=1000
5-15k 80k 777k
$ $ $
Usando computação (softwares) – baixo custo
$ 70 $ 135
CONCEITOS IMPORTANTES
Processo de predição de
genótipos de marcadores
do tipo SNP, por
exemplo, que não foram
diretamente identificados
na plataforma de
genotipagem
Densidades
Imputação
Imputação de genótipos – reduzindo custos de genotipagem
Touro – 50K ou 777K Vaca – 50K ou 777K
Progênie- 6K
(Cardoso, 2013 - Schenkel et al., 2012)
CONCEITOS IMPORTANTES
Animais jovens genotipados para 6K e avaliados com a informação equivalente a 50K ou 777K 
Natureza da característica
QUANTITATIVAS X QUALITATIVAS
 São controladas por muitos pares de genes;
 O efeito individual do gene sobre a 
característica é pequeno;
 Sofrem grande influência do ambiente.
 São controladas por poucos pares de genes;
 O efeito individual do gene sobre a característica
é grande;
 Sofrem pequena ou nenhuma influência do
ambiente.
Arquitetura Genética
CONCEITOS IMPORTANTES
• Determinação (acerto) de parentesco
• Testes diretos para anomalias genéticas ou caracteres qualitativos de
interesse (ex. cor de pelo; caráter mocho)
• Avaliações genéticas genomicamente aprimoradas (seleção
genômica)
• Estudos de associação genômica ampla (GWAS)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Determinação (acerto) de parentesco
Correta determinação do parentesco
 Fator crítico na predição das DEPs
 Compromete o ganho genético pela seleção
(Van Vleck, 1970; Geldermann et al., 1986; Israel & Weller, 2000; Senneke et al., 2004)
Genômica pode identificar erros de parentesco...
(Dodds et al. 2005)
Talvez o maior e mais direto 
benefício!!!
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Viabilizar o uso de touros múltiplos
 Identificação de paternidade
Corrigir discrepâncias 
• Uso de IA/ Repasse 
 datas de nascimento são inconclusivas...
Determinação (acerto) de parentesco
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Testes genéticos para anomalias genéticas...
 Identificar carreadores de alelos recessivos letais/deletérios (heterozigotos)
 Auxílio na seleção/descarte e no acasalamento
 Economia....
Artrogripose Múltipla Congênita
Teste para o Angus 
Hidrocefalia
Teste para o Angus 
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Avaliações genéticas genomicamente aprimoradas
(avaliações genômicas)
Seleção Genômica
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Avaliação Genômica
 3 formas de combinar fenótipo, pedigree e dados genômicos:
 Usar informações genômicas para “incrementar” a matriz de parentesco 
obtida por pedigree (matriz de parentesco genômica) – Single step genomic
evaluation; 
 Calcular DEP tradicional e valor genético molecular (VGM) e combiná-los em 
um índice de seleção de acordo com variância genética explicada (Gado de 
Leite – EUA) – Multi-step genomic evaluation;
 VGM como característica correlacionada (AAA, ANCP Nelore).
(Adaptado de Garrick, 2013)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Usar informações genômicas para “incrementar” a matriz de parentesco obtida por
pedigree (matriz de parentesco genômica) – Single step genomic evaluation;
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
DEP’S GENÔMICAS
Matriz H = matriz de 
parentesco incrementada com 
dados genômicos
Matriz G = matriz de 
parentesco genômica (apenas 
entre animais genotipados).
(Misztal et al., 2009)
H
Parentesco da genealogia (A)
(Van Tassel, 2011)
• Usa o parentesco como estimativa da semelhança 
genética entre indivíduos
• Ignora amostragem mendeliana – diferenças entre 
gametas de um mesmo indivíduo
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Parentesco genômico – “realizado” (H)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
(Van Tassel, 2011)
Avaliação tradicional
Valores genéticos
(desregredidos)
Avaliação genômica
Genótipo
Valor genético molecular (VGM) 
DEP tradicional
Índice :
p (DEP tradicional) + q (1/2 VGM)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Calcular DEP tradicional e valor genético molecular (VGM) e combiná-los em um
índice de seleção de acordo com variância genética explicada (Gado de Leite – EUA)
– Multi-step genomic evaluation;
(Taylor, 2012)
Fenótipos
Genótipos
Efeitos dos 
SNPs
Metodologia
Estatística
GBLUP, Bayes
X...
População 
Treinamento
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
População de Treinamento deve ser a
maior possível e bem representativa da
população sujeita à seleção.
Estimaçãodos efeitos dos SNPs
(Exemplo: Chip 50k e 2000 animais na população de treinamento)
Genotipagem (perfil de SNPs)
SNP1
(A-T)
SNP2
(G-C)
SNP3
(A-T)
SNP4
(G-C)
... SNP50000
(A-T)
2 0 1 1 ... 2
Animal 2000
SNP1
(A-T)
SNP2
(G-C)
SNP3
(A-T)
SNP4
(G-C)
... SNP50000
(A-T)
2 1 0 1 ... 0
...
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Animal 1
Genótipo
Genótipos dos 2.000 animais para os 
50.000 SNPs
Fenótipo
Fenótipos dos 2.000 animais para 
as características a serem 
avaliadas (2)
+
Metodologia estatística
Caract SNP1 SNP2 SNP3 SNP4 ... SNP50000
1 5 6,4 0,5 12 ... 8
2 10 3 1 2 ... 1,8
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Estimação dos efeitos dos SNPs
(Exemplo: Chip 50k e 2000 animais na população de treinamento)
(Taylor, 2012)
Fenótipos
Genótipos
Efeitos dos 
SNPs
Metodologia
Estatística
GBLUP, Bayes
X...
População 
Treinamento
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
População 
ImplementaçãoGenótipos
VG moleculares
Seleção, descarte...
População de Implementação é aquela
que será submetida a seleção genômica,
tomando-se apenas os genótipos.
Exemplo: Animal 2001 (sem fenótipo) – característica 1
SNP1 SNP2 SNP3 SNP4 ... SNP50000
Genótipo 2 0 1 1 ... 2
Efeito 5 6,4 0,5 12 ... 8
VGM2001 = (2x5)+(0x6,4)+(1x0,5)+(1x12)+...+(2x8)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
(Taylor, 2012)
Fenótipos
Genótipos
Efeitos dos 
SNPs
Metodologia
Estatística
GBLUP, Bayes
X...
População 
Treinamento
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
População 
ImplementaçãoGenótipos
VG moleculares
Seleção, descarte...
Processo 
dinâmico
+ Fenótipos
Painéis de Marcadores
Conjunto de centenas a alguns milhares de marcadores de 
efeito maior usados na estimação de VGMs
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Bt1 Bt2 Bt3 ..................................................................................................... Bt30 
Genoma
Efeito do 
SNPs
Característica 1 – Ex. Peso à Desmama
• Há um gráfico deste para cada característica avaliada
• Gera os valores genéticos moleculares (VGMs)
N ~ 10.000 - variável
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
GWAS - Estudos de associação genômica ampla 
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Identificar regiões do genoma relacionadas com a expressão de características de importância 
econômica ou com a regulação de alguma rota metabólica importante.
Benefícios – avaliação genômica
• Maior acurácia de seleção
• Correção de pedigree
• Estimação da segregação mendeliana em animais jovens
• Reduzir o intervalo de gerações
Antecipação da seleção
• Manter ou aumentar a variabilidade genética
Controle de consanguinidade
• Pouco impacto na intensidade de seleção
Biotécnicas e características reprodutivas da espécie
(Cardoso, 2013)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Segregação Mendeliana
(Discriminação animais jovens)
X
Parentesco=50%
?
Mesma DEP!!!
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Com a genômica isso 
muda: DEPs de pedigree 
podem ser diferentes...
Benefícios – avaliação genômica
• Maior acurácia de seleção
Correção de pedigree
Estimação da segregação mendeliana em animais jovens
• Reduzir o intervalo de gerações
Antecipação da seleção
• Manter ou aumentar a variabilidade genética
Controle de consanguinidade
• Pouco impacto na intensidade de seleção
Biotécnicas e características reprodutivas da espécie
(Cardoso, 2013)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Atual Fêmea TOP – 3 meses de idade (raça Holandesa)
(Lawlor, 2012)
DEP 
genômica
DEP 
tradicional
Acurácia 
genômica
Acurácia
tradicional
Leite 2.049 1.653 75 21
Tipo 4,28 2,29 71 21
Células
Somáticas
2,77 2,88 70 19
Vida Produtiva 8,1 4,1 64 17
Taxa de 
prenhez
1,3 -0,5 61 17
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
Impacto real
Seleção genômica nos EUA (Holandesa)
Mudança no uso de touros
Mais touros jovens, menos touros de primeira safra
Ano de 
acasalamento
Touros jovens
2-4 anos
Primeira safra
5-8 anos
Segunda safra
> 8 anos 
2008 24% 62% 14%
2011 47% 43% 10%
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
(Lawlor, 2012)
Benefícios – avaliação genômica
• Maior acurácia de seleção
Correção de pedigree
Estimação da segregação mendeliana em animais jovens
• Reduzir o intervalo de gerações
Antecipação da seleção
• Manter ou aumentar a variabilidade genética
Controle de consanguinidade
• Pouco impacto na intensidade de seleção
Biotécnicas e características reprodutivas da espécie
(Cardoso, 2013)
TECNOLOGIAS GENÔMICAS ...
• Saúde
• Produção
• Reprodução
• Qualidade nutricional
• Diversidade genética e endogamia
PERSPECTIVAS ...
• Saúde
Outras cadeias produtivas já selecionam para resistência a doenças:
 Aves – ex. Marek
 Gado de Leite – ex. Mastite
 Nos EUA, a BRD (pneumonia) tem grande impacto...
 Projeto de 5 anos do USDA:
o Programa Integrado para Redução da BRD em Gado de Leite e Corte (BRD 
CAP) www.BRDComplex.org
 Texas A&M e diversas universidades
PERSPECTIVAS ...
• Produção
 Aumento da acurácia das DEPs para as características usuais...
 Ênfase em input características, ou seja, relacionadas aos custos...
 Ex. consumo e eficiência alimentar
o Grande impacto econômico
 Projeto de 5 anos do USDA
 Programa Nacional para Melhoramento Genético da Eficiência Alimentar 
em Gado de Corte
o www.beefefficiency.org
PERSPECTIVAS ...
• Reprodução
Grande impacto econômico
 Baixa herdabilidade e poucos dados fenotípicos
 Maior potencial de aumento de acurácia - cuidado 
 Chamada de projeto do USDA (USDA-NIFA)
 Abordagem integrada para aumentar a fertilidade de espécies animais 
relevantes para a agropecuária
PERSPECTIVAS ...
• Qualidade nutricional
 Agregar valor à carne bovina
 Alimento saudável – demanda atual e futura
 Estudos do NCBEC
 Possibilidade e consequências de alteração da composição mineral e de 
ácidos graxos 
PERSPECTIVAS ...
• Diversidade genética e endogamia
 Baseada em dados genealógicos
 Útil, mas pode ser melhorada
Genômica pode melhorar...
“Real” semelhança (diferença) entre os indivíduos
Genômica pode melhorar...
 Acasalamentos otimizados
 Avaliar real distância genética (Índia)
PERSPECTIVAS ...
Avaliações genéticas mais acuradas
Maior uso de animais jovens – aumento da acurácia (redução de 
intervalo de gerações)
Adoção de características não-convencionais como critérios de 
seleção
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Importância de índices de seleção com ponderação econômica –
o que relaciona-se ao lucro
Redução do custo - democratização
Necessidade de constante coleta de fenótipos – dados de campo 
(isso não mudou...)
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Necessidade de estudos: conhecimento
Cuidado com a maior potência da ferramenta:
Saber bem para onde ir....
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Gilberto Romeiro de Oliveira Menezes
Obrigado!
"A chave é o poder humano em fazer seleção acumulativa: a natureza fornece variações sucessivas;
o homem as somam em certas direções úteis a ele."
C. Darwin, A Origem das Espécies